2010年11月23日火曜日

電磁波のエネルギー

自分のRIG の出力は5W,昨日から0.5W にしぼって運用している.

で,これって光子何個分?

光子1個のエネルギー E は
  プランク定数 h=6.626068 × 10^-34 J s 
に周波数ν(にゅー)(=光速/波長)をかけたもの.
  E=hν
hは歴史的にドイツ語式に「ハー」と発音するようである.はー(イー イコール ハーニュー)

HF 7MHzの電波の光子1個分のエネルギーは,
  (6.626068 × 10^-34 J s)×7MHz = 4.6382476 × 10^-27 ジュール

自分の FT-817ND の出力 5Wは,1秒間に 5 ジュール の出力だから,毎秒
  5 ÷ (4.6382476 × 10^-27) = 1.07799334 × 10^27 個
の光子を出す.わー,いっぱい.


VHF の 144MHz では,周波数は20倍なので,光子1個のエネルギーは20倍.
  (6.626068 × 10^-34 J s)×144MHz = 9.54153792 × 10^-26 ジュール
同じ出力でも,1秒当たりの光子個数は 1/20 の,
  5 ÷ (9.54153792 × 10^-26) =5.24024538 × 10^25 個
に減る.

VHF が電離層を突き抜けてしまうのは,光子1個1個ののエネルギーが大きいから.
10^15 Hz =10^9 MHz = 1000THz の紫外線は,皮膚を突きぬけ日焼けを起こす.
10^20 Hz =10^14 MHz = 10^8 THz のガンマ線は,生体を突き抜け,遺伝子を破壊する.


見通し範囲であれば,7MHz より 144MHz の方が安定した通信ができる.
実際,144MHzでは届く神奈川県に 7MHzでは届かない.

先日のコンテストでも,144や430 ではほぼ関東一円,満遍なくQSOできた.
しかし,7MHzでは直接波が届くのは20km~30km のような気がする.毎週の OAM (On Air Meeting) で,鎌倉や町田がキー局になると,ほとんど聞こえない.これは 7MHz の光子のエネルギーが小さく,直接波の光子が力尽きるから?
しかし,200km~になると電離層反射波のおかげでQSOできるので,OAM のキー局が関西以西だと確実に QSO できるし,東北以北ロシアまではとても安定している.
いわゆるスキップゾーン.自分のアンテナは垂直系なので,発射角が低く,そうなってしまう.
7MHzで隣接県とQSO するには,発射角を上げるしかないかな.

逆に3.5や,1.9 は7MHz の半分や1/4 のエネルギーしかないので,低い電離層D層の影響も出てきて・・・この辺は,まだ余り電波を出していないので,経験がない.

こうした,周波数による電波伝搬の違いを通じて,電磁波(光子)のエネルギーということを感じる.

光子のエネルギーを実感するのは,もっとエネルギーが大きなときではある.
通信に使う周波数では,「電離層で反射するか,突き抜けるか」というレベルであるが,ガンマ線くらいになれば人体を突き抜けるくらいのエネルギーになる.

周波数が高くなり,光子1個のエネルギーが大きくなると,網膜の神経を刺激して,光が見える.
さらにエネルギーが大きくなると,紫外線は皮膚細胞を刺激して日焼けを起こし,放射線は体を通り抜けたり遺伝子を破壊したりするわけだ.
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